直升机绿色航空动力技术发展研究

开展绿色航空动力技术研究对于推动直升机行业可持续发展与实现碳中和目标至关重要。本文分析了直升机绿色航空动力技术的发展方向,重点从特性和飞行器性能方面对不同绿色航空动力进行了对比。通过分析发现,中短期内可持续航空燃料(SAF)适用于传统构型或混合动力直升机;未来城市内短距离空中交通,电池是最适合的航空动力,城市间空中交通或具有高速、长航时需求的直升机,氢燃料电池-电池混合动力是最适合的动力;构型创新是直升机绿色能源动力性能倍增器,氢能应用须依托跨专业、跨领域的企业和科研机构协同来完成。本文研究对直升机绿色航空动力技术的发展具有一定的指导意义。

固定翼民机的新能源关键技术研发现状与展望

新型能源的存储、运输及转化是制约新能源固定翼民机发展的主要“瓶颈”和关键技术,如动力电池的质量能量密度过低导致储能重量过大是制约全电新能源民机发展的“瓶颈”,氢气的体积能量密度过低导致的储能容积过大以及运输困难问题是制约氢能新能源飞机发展的“瓶颈”;可持续航空燃料(SAF)民机的应用则主要受到SAF的转化成本制约。能源到推进的转化(如纯电能推进、氢燃料电池电机推进及油电混动推进)存在的主要问题是高功率密度与大功率电机的研制,使用分布式电推进技术可以部分地解决这类电机问题,但氢燃料电池的质量与体积功率密度仍然是阻碍其在大型飞机上推广应用的主要制约因素,使用氢气作为航空发动机的燃料则不仅存在高压或低温燃料运输及在飞机上存储的技术问题,氢燃料的特殊理化性质也会带来有别于液体碳氢燃料的特殊安全性问题。本文对比和归纳了几种替代能源在民用航空器上应用的可能性,推论得到绿色SAF或液化天然气(LNG)类碳氢燃料,相对直接使用液氢燃料更具可行性,即绿氢与直接大气捕获二氧化碳的化工或生物合成燃料更具可行性,可作为新能源航空器发展的参考和指导。

可持续航空燃料的规制现状、挑战与展望

可持续航空燃料(SAF)属于航空替代燃料,以可再生生物质或废物资源作为原料,减排效果明显并且可以直接与传统航空燃料混掺使用,被视为中短期内实现航空零排放最有效的途径。为了统一规范,综合推进航空减排,国际民用航空组织(ICAO)将航空燃料的可持续性标准纳入《国际民用航空公约》附件16,但该标准没有充分体现“共同但有区别的责任”原则。当前,全世界范围内可持续航空燃料的总产量有限,生产能力的地区性差异较大,各个国家和地区关于可持续航空燃料的规制呈现明显的差异化趋势,这将进一步加剧产业发展的不平衡,并且可能与国际贸易规则、国际投资规则产生冲突。为了避免由发达国家垄断标准,中国需尽快建立起系统协同的治理框架,不断提高相关产业规则的国际合规性,鼓励引导多元主体进入市场,才能更有效地参与国际治理,帮助建立更加安全、公平、便利的国际可持续航空燃料制度体系。

基于实物期权法的航空公司减排投资策略研究

民航绿色发展是推进中国民航高质量发展的内在要求,是提高我国民航业供给竞争力的重要体现之一。中国民航市场需求潜力巨大,随着市场的恢复,能源消费和二氧化碳排放将刚性增长。在民航业关注的减排技术或措施中,与飞机及发动机技术改进、航班地面与空中运行水平提升以及市场机制等减排措施相比,可持续航空燃油的使用减排潜力巨大,但投资及成本高昂。文章从航空公司的角度出发,采用实物期权方法构建了减排投资价值模型,重点讨论了可持续航空燃油投资策略,包括投资阈值、投资时点、掺混比例、最优投资条件等,分析市场机制、燃油成本等不确定性因素对航空公司减排投资行为的影响,并提出航空公司开展减排投资时需要重点关注的碳排放约束下激励投资的条件以及使用何种掺混比例等问题,为航空公司减排策略、政府相关政策的制定提供一定参考。

未来大型客机发展方向及关键设计技术研究

未来大型客机将会朝着新能源化、低能耗化及超声速化方向发展,并涉及这3个方向的综合应用。大型客机新能源化主要是指绿色低碳能源的应用,包括常温液态可持续航空燃料(Sustainable aviation fuels,SAF)、低温液氢或液化甲烷燃料等。大型客机低能耗化发展包括节能气动布局与节能推进技术以及两者的综合应用,节能气动布局包括大展弦比布局与翼身融合布局等;节能推进技术包括超大涵道比加齿轮传动涡扇推进与低噪声桨扇推进技术等;布局与推进综合应用包括边界层吸入式推进、分布式推进等。超声速化大型客机主要包括各种马赫2~3量级的低阻低声爆的大型超声速客机及未来水平起降大型高超声速客机,声爆抑制、解决大型客机布局与推进的高低速设计矛盾等成为关键设计技术。大型客机的新能源化与低能耗化趋势是基于全球石油能源危机与全球变暖及导致的极端气候应对措施“绿色低碳”倡议与行动而得出,需要分别从改变能源的“类型”与“数量”方向降低化石碳排放;而超声速化趋势是基于人类对高速交通工具的迫切需求以及地面轨道交通工具高速化对航空制造业和航空运营企业带来的竞争压力,以及跨洲跨洋高速交通需求等问题而归纳的。本文通过对大型客机的替代能源、低能耗设计、超声速化的发展趋势和关键技术进行阐述,为未来民用航空的发展提供新的思路。

中国民航业飞机部门的碳排放预测——基于周转量、经济条件和政策影响的模型分析

中国航空业的快速发展引发了对其能源消耗和碳排放的关注。通过实证分析,结合逐步回归和长期能源替代规划(LEAP)模型,预测航空货运和客运周转量,并评估未来碳排放量。设定3种情景:悲观情景(无显著技术或政策变化)、政策情景(考虑政府措施)和技术突破情景(技术创新与可持续航空燃料(SAF)推广)。特别指出SAF在减排中的潜力,强调其商业和兼容性优势。预测结果显示:在悲观情景下碳排放削减有限;政策情景下会有所减少,但受现有技术限制;技术突破情景下能显著减少排放。强调技术创新对航空业可持续发展的重要性,并提出未来研究方向,以提高SAF的生产效率和降低成本,评估其全生命周期环境影响,并推动市场和国际合作。